Onlangs heeft het rapport van CCTV over “één uur opladen en vier uur in de rij staan” aanleiding gegeven tot verhitte discussies.De batterijlevensduur en oplaadproblemen van nieuwe energievoertuigen zijn opnieuw voor iedereen een actueel onderwerp geworden.Op dit moment, vergeleken met traditionele vloeibare lithiumbatterijen, lithiumbatterijen in vaste toestandmet hogere veiligheid, grotere energiedichtheid, langere levensduur van de batterij en bredere toepassingsgebiedendoor insiders uit de industrie algemeen beschouwd als de toekomstige ontwikkelingsrichting van lithiumbatterijen.Bedrijven concurreren ook om de lay-out.
Hoewel de solid-state lithiumbatterij niet op korte termijn op de markt kan worden gebracht, is het onderzoeks- en ontwikkelingsproces van solid-state lithiumbatterijtechnologie door grote bedrijven de laatste tijd steeds sneller geworden, en de marktvraag kan de massaproductie van solid-state lithiumbatterijen bevorderen. staat de lithiumbatterij eerder dan gepland.Dit artikel analyseert de ontwikkeling van de markt voor solid-state lithiumbatterijen en het proces van het voorbereiden van solid-state lithiumbatterijen, en neemt u mee om de bestaande kansen op de automatiseringsmarkt te verkennen.
Solid-state lithiumbatterijen hebben een aanzienlijk betere energiedichtheid en thermische stabiliteit dan vloeibare lithiumbatterijen
De afgelopen jaren heeft de voortdurende innovatie op het gebied van downstream-toepassingen steeds hogere eisen gesteld aan de lithiumbatterij-industrie, en de lithiumbatterijtechnologie is ook voortdurend verbeterd, in de richting van hogere specifieke energie en veiligheid.Vanuit het perspectief van het ontwikkelingstraject van lithiumbatterijtechnologie heeft de energiedichtheid die vloeibare lithiumbatterijen kunnen bereiken geleidelijk zijn limiet bereikt, en solid-state lithiumbatterijen zullen de enige manier zijn voor de ontwikkeling van lithiumbatterijen.
Volgens de “Technical Roadmap for Energy Saving and New Energy Vehicles” bedraagt de energiedichtheidsdoelstelling van stroombatterijen 400 Wh/kg in 2025 en 500 Wh/kg in 2030.Om het doel van 2030 te bereiken zal de bestaande technologieroute voor vloeibare lithiumbatterijen wellicht niet in staat zijn de verantwoordelijkheid te dragen.Het is moeilijk om het energiedichtheidsplafond van 350 Wh/kg te doorbreken, maar de energiedichtheid van solid-state lithiumbatterijen kan gemakkelijk de 350 Wh/kg overschrijden.
Gedreven door de marktvraag hecht het land ook groot belang aan de ontwikkeling van solid-state lithiumbatterijen.In het “New Energy Vehicle Industry Development Plan (2021-2035)” (ontwerp voor commentaar), uitgebracht in december 2019, wordt voorgesteld om het onderzoek, de ontwikkeling en de industrialisatie van vaste-stof-lithiumbatterijen te versterken en om vaste-stof-lithiumbatterijen te verhogen op nationaal niveau, zoals weergegeven in Tabel 1.
Tabel 1 Vergelijkende analyse van vloeibare batterijen en vastestofbatterijen
Niet alleen voor nieuwe energievoertuigen heeft de energieopslagindustrie een brede toepassingsruimte
Onder invloed van de bevordering van nationaal beleid zal de snelle ontwikkeling van de nieuwe energievoertuigenindustrie een brede ontwikkelingsruimte bieden voor solid-state lithiumbatterijen.Bovendien worden volledig solid-state lithiumbatterijen ook erkend als een van de opkomende technologierichtingen waarvan wordt verwacht dat ze het knelpunt van de elektrochemische energieopslagtechnologie zullen doorbreken en aan toekomstige ontwikkelingsbehoeften zullen voldoen.In termen van elektrochemische energieopslag zijn lithiumbatterijen momenteel verantwoordelijk voor 80% van de elektrochemische energieopslag.De cumulatieve geïnstalleerde capaciteit van elektrochemische energieopslag in 2020 bedraagt 3269,2 MV, een stijging van 91% ten opzichte van 2019. Gecombineerd met de richtlijnen van het land voor energieontwikkeling, de vraag naar elektrochemische energieopslag in faciliteiten aan de gebruikerszijde, op het hernieuwbare energienet aangesloten en op andere gebieden wordt verwacht dat zij een snelle groei zullen inluiden, zoals weergegeven in figuur 1.
Verkoop en groei van nieuwe energievoertuigen van januari tot september 2021 Cumulatieve geïnstalleerde capaciteit en groeipercentage van projecten voor chemische energieopslag in China van 2014 tot 2020
Figuur 1 Verkoop en groei van nieuwe energievoertuigen;cumulatieve geïnstalleerde capaciteit en groeisnelheid van projecten voor de opslag van chemische energie in China
Bedrijven versnellen het onderzoeks- en ontwikkelingsproces, en China geeft over het algemeen de voorkeur aan oxidesystemen
De afgelopen jaren zijn de kapitaalmarkt, batterijbedrijven en grote autobedrijven allemaal begonnen met het uitbreiden van de onderzoeksopzet van solid-state lithiumbatterijen, in de hoop de concurrentie op het gebied van de volgende generatie batterijtechnologie te domineren.Volgens de huidige vooruitgang zal het echter vijf tot tien jaar duren voordat volledig vaste-stof-lithiumbatterijen volwassen zijn in de wetenschap en productietechnologie voordat ze massaal worden geproduceerd.Internationale reguliere autobedrijven zoals Toyota, Volkswagen, BMW, Honda, Nissan, Hyundai, enz. verhogen hun R&D-investeringen in solid-state lithiumbatterijtechnologie;op het gebied van batterijen blijven CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD, enz. zich ook ontwikkelen.
All-solid-state lithiumbatterijen kunnen worden onderverdeeld in drie categorieën op basis van elektrolytmaterialen: polymeer solid-state lithiumbatterijen, sulfide solid-state lithiumbatterijen en oxide solid-state lithiumbatterijen.De polymeer solid-state lithiumbatterij heeft goede veiligheidsprestaties, de sulfide solid-state lithiumbatterij is gemakkelijk te verwerken en de oxide solid-state lithiumbatterij heeft de hoogste geleidbaarheid.Momenteel geven Europese en Amerikaanse bedrijven de voorkeur aan oxide- en polymeersystemen;Japanse en Koreaanse bedrijven onder leiding van Toyota en Samsung zijn meer geïnteresseerd in sulfidesystemen;China heeft onderzoekers in alle drie de systemen en geeft over het algemeen de voorkeur aan oxidesystemen, zoals weergegeven in figuur 2.
Figuur 2 De productie-indeling van solid-state lithiumbatterijen van batterijbedrijven en grote autobedrijven
Vanuit het perspectief van de vooruitgang op het gebied van onderzoek en ontwikkeling wordt Toyota erkend als een van de machtigste spelers op het gebied van solid-state lithiumbatterijen in het buitenland.Toyota stelde voor het eerst relevante ontwikkelingen voor in 2008 toen het samenwerkte met Ilika, een start-up met lithiumbatterijen.In juni 2020 hebben de elektrische voertuigen van Toyota, uitgerust met volledig vaste-stof-lithiumbatterijen, al rijtests uitgevoerd op de testroute.Het heeft nu het stadium bereikt van het verkrijgen van rijgegevens van voertuigen.In september 2021 kondigde Toyota aan dat het tegen 2030 13,5 miljard dollar zou investeren in de ontwikkeling van batterijen en toeleveringsketens van de volgende generatie, inclusief solid-state lithiumbatterijen.In eigen land hebben Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy en Ganfeng Lithium Industry in 2019 kleinschalige proefproductielijnen voor halfvaste lithiumbatterijen opgezet.In september 2021 slaagde de Jiangsu Qingtao 368Wh/kg solid-state lithiumbatterij voor de nationale sterke inspectiecertificering, zoals weergegeven in Tabel 2.
Tabel 2 Productieplannen voor vaste-stofbatterijen van grote ondernemingen
Procesanalyse van op oxide gebaseerde solid-state lithiumbatterijen, warmpersproces is een nieuwe link
De moeilijke verwerkingstechnologie en de hoge productiekosten hebben de industriële ontwikkeling van solid-state lithiumbatterijen altijd beperkt.De procesveranderingen van solid-state lithiumbatterijen worden voornamelijk weerspiegeld in het celvoorbereidingsproces, en hun elektroden en elektrolyten stellen hogere eisen aan de productieomgeving, zoals weergegeven in Tabel 3.
Tabel 3 Procesanalyse van op oxide gebaseerde lithiumbatterijen in vaste toestand
1. Introductie van typische apparatuur – hete pers lamineren
Introductie van de modelfunctie: De hete pers voor lamineren wordt voornamelijk gebruikt in het syntheseprocesgedeelte van volledig vaste lithiumbatterijcellen.Vergeleken met de traditionele lithiumbatterij is het hete persproces een nieuwe schakel en ontbreekt de koppeling voor vloeistofinjectie.hogere eisen.
Automatische productconfiguratie:
• Elk station moet gebruik maken van servomotoren met 3 tot 4 assen, die respectievelijk worden gebruikt voor lamineren, lamineren en lijmen;
• Gebruik HMI om de verwarmingstemperatuur weer te geven. Het verwarmingssysteem heeft een PID-regelsysteem nodig, waarvoor een hogere temperatuursensor nodig is en een grotere hoeveelheid;
• De controller-PLC stelt hogere eisen aan de regelnauwkeurigheid en een kortere cyclusperiode.In de toekomst zou dit model moeten worden ontwikkeld om ultrasnel warmperslamineren te bereiken.
Fabrikanten van apparatuur zijn onder meer: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd. en Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.
2. Introductie van typische apparatuur – gietmachine
Introductie van de modelfunctie: De gemengde poederslurry wordt via het automatische toevoersysteem aan de gietkop geleverd en vervolgens aangebracht met een schraper, roller, micro-concave en andere coatingmethoden volgens de procesvereisten, en vervolgens gedroogd in de droogtunnel.De basistape samen met het groene lichaam kan worden gebruikt voor het terugspoelen.Na het drogen kan het groene lichaam worden afgepeld en bijgesneden, en vervolgens op de door de gebruiker gespecificeerde breedte worden gesneden om een blanco filmmateriaal met een bepaalde sterkte en flexibiliteit te gieten.
Automatische productconfiguratie:
• Servo wordt voornamelijk gebruikt voor het terug- en afwikkelen, het corrigeren van afwijkingen, en er is een spanningsregelaar nodig om de spanning op de terug- en afwikkelplaats aan te passen;
• Gebruik HMI om de verwarmingstemperatuur weer te geven; het verwarmingssysteem heeft een PID-regelsysteem nodig;
• De ventilatiestroom van de ventilator moet worden geregeld door een frequentieomvormer.
Fabrikanten van apparatuur zijn onder meer: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. - Xinbaohua Equipment Branch.
3. Introductie van typische uitrusting – zandmolen
Introductie van de modelfunctie: het is geoptimaliseerd voor het gebruik van kleine slijpkorrels, van flexibele dispersie tot slijpen met ultrahoge energie voor efficiënt werken.
Automatische productconfiguratie:
• Zandmolens stellen relatief lage eisen aan motion control, maken doorgaans geen gebruik van servo's, maar gebruiken gewone laagspanningsmotoren voor het schuurproductieproces;
• Gebruik de frequentieomvormer om de spilsnelheid aan te passen, waardoor het slijpen van materialen met verschillende lineaire snelheden kan worden geregeld om te voldoen aan de verschillende slijpfijnheidseisen van verschillende materialen.
Fabrikanten van apparatuur zijn onder meer: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd. en Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.
Posttijd: 18 mei 2022